錢 楓

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

橋梁工程BIM技術(shù)應用研究

錢 楓

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建筑工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎,進行建筑模型的建立,通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息,它具有可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點。而BIM技術(shù)在橋梁工程建設領域的應用目前正處于前期階段,初步探索在設計、施工、后期運營養(yǎng)護維修的全生命周期中如何利用BIM技術(shù)來提高設計效率、改善設計質(zhì)量、加強施工組織及后期運營管理,具體的實現(xiàn)方法以及應用BIM技術(shù)所能帶來的效益,希望能對BIM技術(shù)在橋梁工程方面的應用拓展思路。

橋梁工程；BIM；建筑信息模型；全生命周期

1 概述

近幾年國內(nèi)建筑工程領域的最熱門技術(shù)非BIM莫屬，在建筑行業(yè)取得了不錯的應用成效后，國家開始大力推進BIM技術(shù)在工程領域如鐵路、公路、水利水電行業(yè)應用研究，而橋梁工程在工程建設領域所占的比重又相當大，尤其是高速鐵路、山區(qū)鐵路、公路等，橋梁占比往往較大，在橋梁工程中應用BIM技術(shù)對整個工程項目的意義重大，本文將從設計、施工、后期運維項目全生命周期的三個階段分別研究BIM技術(shù)的實際應用需求及效果。

2 BIM技術(shù)在橋梁工程設計階段的應用

設計階段分為前期設計及后期設計兩個階段，前期設計主要包括項目立項、可行性研究及方案比選等部分內(nèi)容，通過利用Revit等參數(shù)化建模工具建立的橋梁三維實體模型可以很方便的根據(jù)實際需要調(diào)整尺寸，并將實際成橋效果實時動態(tài)展現(xiàn)，達到所見即所得，能夠直觀地將設計理念、設計效果直接以三維可視化模型為載體傳遞給項目決策者，極大地方便設計方案的調(diào)整，根據(jù)修改意見及時修改并呈現(xiàn)，并且可通過添加成本控制信息及時了解改動后的投資增減情況，使前期橋型橋式方案的快速確定十分便捷高效。圖1為某鐵路橋矮塔斜拉橋主橋模型，建模采用Revit軟件，需要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)特點建立專門的族庫，對于復雜的橋梁結(jié)構(gòu)利用BIM模型三維表達較傳統(tǒng)二維圖紙更清楚、更易理解。

圖1 某鐵路橋梁全橋BIM模型三維透視圖

模型建立完成后可通過三維渲染軟件以真實場景渲染圖的形式表達，或者生產(chǎn)三維漫游動畫，方便業(yè)主決策方充分理解設計意圖、設計理念，真實地反映項目與周圍環(huán)境的立體關系。圖2為某公路橋梁方案設計階段采用BIM模型生成的模擬真實場景的橋梁三維漫游動畫，匯報方案時生動、直觀，遠比以往呆板的三維渲染圖信息量大、效果好，并且普通設計人員即可完成。

圖2 某公路橋梁三維可視化漫游動畫

后期設計階段建立詳細的橋梁BIM模型以滿足設計碰撞檢查、糾錯以及出圖需求。由于橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部三向預應力管道、斜拉索等空間相對關系錯綜復雜，而二維CAD圖紙通常在不同的圖紙表示不同的構(gòu)件，容易導致設計時考慮不周發(fā)生管道碰撞、部件位置沖突等現(xiàn)象，項目不同人員之間溝通、協(xié)同也比較困難，設計質(zhì)量得不到保證；部分特殊結(jié)構(gòu)的復雜部位二維表示困難，具體實施時施工單位難以理解設計意圖，造成不必要的損失；圖紙表達造成的信息傳遞丟失，設計人員的設計信息不能完整地傳遞至施工單位、運營管理部門；圖3可以清楚地看到橋梁的縱、橫、豎三向預應力鋼束按原布置方式發(fā)生的位置沖突，設計人員可以及時進行調(diào)整以避免后期設計變更，提高設計質(zhì)量。

圖3 碰撞檢查發(fā)現(xiàn)鋼束位置沖突

在設計階段利用BIM技術(shù)可以完全避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，橋梁結(jié)構(gòu)部件均以真實的三維實體表達，利用軟件自動進行碰撞檢查，三維可視化技術(shù)交底等，設計信息可以很方便地保存在項目模型中提交給施工單位及業(yè)主，并且施工單位的施工信息和后期養(yǎng)護維修信息都能夠很方便地添加進去，完整地信息傳遞方便了后期對結(jié)構(gòu)部件追溯，及時發(fā)現(xiàn)問題成因。

BIM設計從根本上改變了傳統(tǒng)的設計習慣，多專業(yè)、多人員協(xié)同設計平臺使得在設計過程中，各專業(yè)并行設計，溝通及時準確，避免了大量的重復性返工，同時由于二維圖紙均基于三維BIM模型所建立并與之相關聯(lián)，模型局部修改后相關聯(lián)圖紙自動更新，極大地提高了設計效率，使設計人員從繁重的修改工作中解脫出來，將更多的精力投入項目設計方案的優(yōu)化中。

BIM技術(shù)的先進性和可擴展性決定了從傳統(tǒng)的CAD二維設計向BIM設計轉(zhuǎn)變是大勢所趨，其意義甚至比當年的“甩圖板”即手工繪圖向CAD計算機輔助設計的轉(zhuǎn)換更為重大，堪稱勘察設計行業(yè)的又一次技術(shù)革命。

3 BIM技術(shù)在橋梁工程施工階段的應用

技術(shù)交底期間施工單位可通過BIM模型的可視化和附著信息充分理解設計思路，避免了由于圖紙理解偏差造成的問題，同時也能及時發(fā)現(xiàn)設計方案不合理、難以施工等問題并及時與設計方協(xié)調(diào)修正，減少后期變更設計等造成的廢棄工程和浪費。

施工組織設計應用BIM技術(shù)的4D、5D特性，不僅可以更直觀的三維展現(xiàn)施工進度信息，更可以結(jié)合工程量信息整合項目成本控制，在施工備料、人力資源安排、資金與進度控制等方面動態(tài)精細化管理，節(jié)約工程成本，提高項目總體收益和工程施工質(zhì)量。圖4為橋梁施工過程的動態(tài)模擬(Navisworks軟件截圖)，以動畫形式模擬橋梁施工步驟，方便施工技術(shù)交底及計劃進度安排等。

圖4 施工過程4D施工模擬

利用BIM模型還可進行施工機具的碰撞檢查以及移動路徑檢查，確定合理的施工方案，更好地與業(yè)主與設計單位溝通協(xié)商，減少施工方案引起的工程變更，降低工程成本。施工過程中根據(jù)現(xiàn)場自動化采集的橋梁位移數(shù)據(jù)，利用三維BIM模型對應顯示相應位置位移值，并與理論計算數(shù)據(jù)進行比較，對于超出允許范圍的位移及時在BIM模型中給予警示信息，提醒用戶及時采取措施加以修正，并將最終成橋線型與理論數(shù)據(jù)通過圖形+數(shù)據(jù)方式直觀體現(xiàn)。根據(jù)橋梁施工過程中由監(jiān)控單位量測的應力、應變數(shù)據(jù)實時反映橋梁的結(jié)構(gòu)安全性以及與理論計算結(jié)果的差值，及時糾正施工出現(xiàn)的偏差，確保橋梁工程的施工質(zhì)量，降低施工風險，橋梁工程監(jiān)控量測及預警機制詳細流程詳見圖5。

圖5 監(jiān)控量測及預警機制

施工過程在BIM模型中添加施工信息，對施工過程質(zhì)量管理以及后期項目運營階段的養(yǎng)護維修都十分重要，利用BIM模型作為施工信息的載體，較以往的施工工程日志等更為直觀，更方便查詢管理，可根據(jù)部件的ID信息進行快速檢索、分類，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行相應調(diào)整。

4 BIM技術(shù)在橋梁運營管理階段的應用

橋梁工程的結(jié)構(gòu)安全至關重要，后期的養(yǎng)護維修、運營管理、檔案管理都可以利用BIM技術(shù)強大的信息化、可視化功能來實現(xiàn)。

設計、施工模型與信息經(jīng)由數(shù)字化信息模型無損地傳遞給運管部門，對結(jié)構(gòu)使用過程中發(fā)現(xiàn)的風險因素分析成因，分清責任，制定維修整改實施方案并記錄在BIM模型信息中，所有的數(shù)據(jù)記錄后期都可以很方便地查詢，大到橋梁墩臺、梁部大體積混凝土，小到預應力鋼束的錨具，甚至是橋梁支座的螺栓等都可以根據(jù)其ID信息和可視化圖形界面調(diào)閱，避免低效率的查閱大量二維圖紙、日志記錄等繁瑣工作，對一些易出現(xiàn)問題的部位也可以通過添加提醒功能按期檢查，避免出現(xiàn)不可挽回的損失。

5 結(jié)語

BIM作為一種新興的高新技術(shù)在工程建設領域得到了越來越多的推廣應用，許多大型建筑工程項目如上海中心、深圳機場等應用BIM技術(shù)均取得了不俗的成效。在鐵路基礎設施建設領域，由鐵路總公司等部門推進的一系列標準、規(guī)范也在緊鑼密鼓的編制中，新建項目的BIM應用試點等研究工作也在加緊進行，隨著應用研究的不斷深入，BIM技術(shù)必將為工程建設領域帶來一次全新的技術(shù)革命，在橋梁工程等項目的應用前景也將十分廣闊，雖然目前還面臨對口軟件、執(zhí)行標準的缺乏，但隨著開發(fā)研究的不斷深入必將逐步解決上述問題，并取代傳統(tǒng)的建設方法，只有充分掌握了BIM技術(shù)的企業(yè)才能在日趨激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟。

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Research on Application of BIM technology in Bridge Engineering

QIAN Feng

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)

The Building Information Modeling is based on various relevant Information data to establish architecture models. It is granted with five main features of visibility, coordination, simulation, optimization and drawing directly by simulating the real Information of building digital information. The BIM technology is now applied at an early stage in the field of bridge engineering. The main purpose of this paper is to improve design efficiency and quality, strengthen construction organization and later operation management. The practical implementation method and application of BIM technology are expected to bring more benefit and serve as

for future projects.

Bridge project; BIM; Building information modeling; Full life cycle

2015-04-29；

2015-05-15

錢 楓(1977—)，男，高級工程師，1998年畢業(yè)于西南交通大學橋梁工程專業(yè)，E-mail：qfxian@foxmail.com。

1004-2954(2015)12-0050-03

U442.5

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.12.012